리튬의 80분의 1…中 연구진 ‘철 배터리’ 성능도 잡았다 [카테고리 설정이 아직되어 있지 않습니다.] 중국과학원의 홈페이지. / 출처 = 중국과학원
중국이 철 기반 배터리로 재생에너지 저장 비용을 크게 낮출 수 있는 기술을 공개했다.
27일(현지시각) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 중국과학원(Chinese Academy of Sciences, CAS) 연구진이 철을 활용한 ‘올아이언 플로우 배터리(All-Iron Flow Battery, AIFB)’를 개발해 비용을 낮추고 수명을 늘릴 가능성을 제시했다고 보도했다.
원가 80분의 1…철 배터리, 수명까지 잡았다
이달 16일 중국과학원은 해당 연구 결과를 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)에 발표했다. 연구진은 철(Fe) 기반 전해질을 적용한 배터리가 6000회 이상의 충·방전 사이클에서도 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다고 밝혔다.
이번 기술의 핵심은 비용이다. 연구진에 따르면 철 기반 전해질은 리튬 대비 원재료 가격이 80분의 1 수준에 불과하다. 철 황산염 등 주요 소재를 산업 부산물 형태로 확보할 수 있어 가격 경쟁력이 높다는 설명이다.
저장 구조 바꿨다…대규모 전력 저장 겨냥
플로우 배터리는 에너지를 배터리 내부가 아니라 외부 액체 전해질에 저장한다. 전해질을 탱크에 보관한 뒤 순환시켜 전기를 생산하는 방식으로, 저장 용량을 셀이 아니라 탱크 크기로 늘릴 수 있다. 리튬이온 배터리가 저장과 발전 기능을 하나의 셀에 담는 구조라면, 플로우 배터리는 저장과 발전을 분리한 시스템이다.
이처럼 저장 용량을 탱크로 확장할 수 있는 구조는 전력망용 대규모 저장에 유리하다. 전력 시스템에서는 에너지 밀도보다 비용과 수명이 더 중요한 변수로 작용하기 때문이다. 장시간 방전이 가능하고 설비 확장이 쉬운 구조가 요구되면서, 플로우 배터리는 재생에너지 간헐성을 보완할 수 있는 대안으로 거론돼 왔다.
현재 상용 시장은 바나듐 기반 플로우 배터리가 주도하고 있다. 바나듐은 철강 합금과 배터리에 쓰이는 금속 원소로 희토류는 아니지만, 매장과 공급이 일부 국가에 집중돼 가격이 높고 변동성이 크다. 이 같은 원재료 비용이 상용화 확산의 제약으로 작용해 왔다.
연구진은 철 기반 배터리의 약점이었던 수소 발생 등 부반응을 전해질 구조 개선으로 억제했다고 설명했다.
실험실 성과…상용화까지 검증 필요”
이번 성과는 실험실 단계에 머물러 있어 상용화까지는 상당한 검증이 필요하다. 플로우 배터리는 전해질 외에도 멤브레인, 펌프, 배관, 전력 제어 장치 등 다양한 구성 요소로 이뤄져 있어 실제 설치 비용 경쟁력은 제한적일 수 있다.
대형 설비로 확장할 경우 열 관리, 전류 손실, 오염 문제 등 추가적인 기술적 과제가 발생할 가능성도 있다. 현재까지 상용화 계획이나 파일럿 프로젝트 일정은 공개되지 않았다.
미국 기후테크 전문매체 클린테크니카는 전력 산업 특성상 신규 기술 도입에는 장기간의 검증이 필요하며, 실험실 성과가 실제 설비로 이어지기까지 수년 이상의 검증 기간이 필요하다고 보도했다.
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